Многоступенчатая коробка передач транспортного средства

 

Сущность: эпициклическая шестерня планетарного демультипликатора жестко крепится к картеру основного редуктора на ее ступице, с возможностью свободного вращения установлены водило и солнечная шестерня. Фрикционно-зубчатый механизм переключения передач представлен двумя синхронизаторами, каретки которых расположены с возможностью взаимного свободного вращения и кинематически связаны при поступательном движении. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, может быть использовано в трансмиссиях транспортных средств для преобразования крутящего момента зубчатыми передачами с различными передаточными числами.

Известна многоступенчатая коробка передач транспортного средства, содержащая основной редуктор и демультипликатор заднего расположения, выходной вал которого размещен соосно выходному валу названного редуктора и изготовлен с внешним зубчатым венцом, кроме того, демультипликатор оснащен фрикционно-зубчатым механизмом включения прямой и понижающей передач, выполненным в виде синхронизатора двухстороннего действия (см. Созинов Г.И. Двигатель ЯМЗ-238Н: Инструкция по эксплуатации -2-3 издание Ярославль: Ярославский моторный завод, 1978, с.139).

Данная коробка передач имеет низкий коэффициент полезного действия в связи с наличием деталей вращающихся вхолостую (как минимум четыре пары зубчатых колес) и многочисленных узлов трения, которые вместе взятые существенно увеличивают потери мощности внутри рассматриваемого агрегата на преодоление моментов инерции вращающихся масс и сил трения.

Известна многоступенчатая коробка передач транспортного средства, содержащая основной редуктор и демультипликатор заднего расположения, представляющий собой однорядный планетарный механизм. Выходной вал демультипликатора размещен соосно выходному валу названного редуктора и изготовлен с внешним зубчатым венцом, кроме того, демультипликатор оснащен фрикционно-зубчатым механизмом включения прямой и понижающей передач, выполненным в виде синхронизатора двухстороннего действия (см. Осепчугов В.В. Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета: Учебник для студентов вузов по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство" М: Машиностроение, 1989, с.65, рис.42).

В конструкции этой коробки передач частично устранены недостатки, присущие рассмотренному выше агрегату. Так, например, на основном режиме ее работы (в демультипликаторе включена прямая передача) отсутствует потери мощности на совершение работы силами трения скольжения в полюсах зацепления зубчатых колес планетарного механизма (планетарный механизм сблокирован кареткой синхронизатора). Однако блокировка планетарного механизма влечет за собой увеличение инерционных масс и потери мощности на преодоление моментов инерции его деталей (солнца, водила, эпицикла и сателлитов), вращающихся как одно целое, становятся ощутимыми, что приводит к снижению КПД коробки передач в целом. Вместе с этим данная многоступенчатая коробка передач по количеству существенных и косвенных признаков имеет наибольшее сходство с предлагаемой конструкцией.

Целью настоящего изобретения является повышение КПД многоступенчатой коробки передач путем уменьшения ее инерционной мощности.

Для достижения этой цели эпициклическая шестерня демультипликатора жестко крепится к корпусу основного редуктора и на ее ступице с возможностью свободного вращения установлены водило и солнечная шестерня однорядного планетарного механизма (демультипликатора), фрикционно-зубчатый механизм переключения передач в демультипликаторе снабжен дополнительно синхронизатором одностороннего действия, причем каретка синхронизатора двухстороннего действия установлена на шлицах выходного вала основного редуктора, а каретка синхронизатора одностороннего действия во внутреннем зубчатом венце водила, при этом обе каретки расположены с возможностью взаимного свободного вращения и кинематически связаны при поступательном движении, кроме того, солнечная шестерня и выходной вал демультипликатора снабжены дополнительными зубчатыми венцами.

На чертеже представлена схема предлагаемой многоступенчатой коробки передач. К корпусу основного редуктора 1 жестко крепится эпициклическая шестерня 2 демультипликатора, представляющего собой однорядный планетарный механизм, состоящий из солнечной шестерни 3, водила 4, сателлитов 5 и эпициклической шестерни 2. Солнечная шестерня 3 и водило 4 установлены на ступице шестерни 2 с возможностью свободного вращения. Выходной вал 6 демультипликатора размещен соосно выходному валу 7 основного редуктора 1 и изготовлен с внешним зубчатым венцом 8. Каретка 9 синхронизатора двухстороннего действия установлена на шлицах вала 7, а каретка 10 во внутреннем зубчатом венце 11 водила 4 и кроме внешнего зубчатого венца 12, она имеет внутренний зубчатый венец 13. Каретки 9 и 10 расположены с возможностью взаимного свободного вращения и кинематически связаны при поступательном движении. Cолнечная шестерня 3 и выходной вал 6 демультипликатора снабжены дополнительными зубчатыми венцами 14 и 15 соответственно.

Работа многоступенчатой коробки передач.

На чертеже показано исходное положение деталей, соответствующее нейтральной передаче в демультипликаторе. При включении в основном редукторе 1 любой передачи (кроме нейтральной) вращение через принадлежащие ей зубчатые колеса подводится к валу 7 и через шлицевое соединение передается каретке 9 синхронизатора двухстороннего действия. Поскольку внешние зубчатые венцы каретки 9 не находятся в зацеплении с зубчатыми венцами 14 и 15, то остальные детали демультипликатора остаются неподвижными.

Перемещением синхронизаторов в демультипликаторе влево осуществляется включение понижающей передачи. В этом случае выравниваются угловые скорости вала 6 и водила 4, синхронизатором одностороннего действия, а вала 7 и солнечной шестерни 3 синхронизатором двухстороннего действия. Далее жестко блокируются соответственно вал 6 и водило 4 кареткой 10, а вал 7 и солнечная шестерня 3 -- кареткой 9. При включении в основном редукторе любой передачи вращение от его вала 7 подводится каретка 9, от нее через зубчатый венец 14 и солнечную шестерню 3 передается сателлитам 5. Сателлиты 5, обкатываясь по зубьям жестко прикрепленной к корпусу основного редуктора 1 эпициклической шестерни 2, увлекают за собой водило 4, принуждая его вращаться в ту же сторону, что и вал 7. 0Далее вращение от водила 4 на вал 6 передается через зубчатые венцы 11, 12, 13 и 8. Размещение кареток 9 и 10 с возможностью взаимного свободного вращения позволяет им, а также солнечной шестерне 3 и водилу 4 и, следовательно, валам 7 и 6, с которыми они жестко соединены упомянутыми каретками, вращаться с разными угловыми скоростями. Частота вращения вала 6 по сравнению с частотой вращения вала 7 уменьшается в соответствии с конструктивно заданным внутренним передаточным числом планетарного механизма.

Рассматривая различные режимы использования предлагаемой многоступенчатой коробки передач, на наш взгляд, целесообразно обратить внимание на ее работу в основном режиме, то есть при включенной прямой передаче в демультипликаторе. По данным заслуженного деятеля науки и техники БССР доктора технических наук профессора А.И.Гришкевича продолжительность работы в таком режиме прототипа составляет около 96% от общего объема его использования (см. Проектирование трансмиссий автомобилей: справочник / под общ. ред. А.И. Гришкевича М: Машиностроение, 1984, с. 55, табл.2.9). Поскольку функциональное назначение и условия работы предлагаемой коробки передач и прототипа остаются неизменными, представляется возможным утверждать, что для ее применения в основном режиме будет такой же, как указывалось выше.

Для сравнения значения инерционной мощности прототипа и предлагаемой коробки передач в рассматриваемом режиме их работы с учетом непостоянного характера движения машины воспользуемся следующим математическим выражением: где N_j инерционная мощность, потребная для ускоренного вращения основных деталей механизма; Θ момент инерции вращающихся деталей механизма, приведенный к одному из его валов; w угловая скорость упомянутого вала.

Анализ приведенной формулы показывает, что уменьшение инерционной мощности механизма (повышение его КПД) при прочих равных условиях (равнозначность габаритных и массовых показателей вращающихся деталей, значений их угловых скоростей и ускорений и т.п.) возможно за счет сокращения числа вращающихся деталей, что и реализовано в предлагаемой конструкции: на прямой передаче вращаются валы основного редуктора, демультипликатора и соединяющий их синхронизатор. У прототипа в этом случае, кроме выше названных деталей, подвержены совместному вращению эпициклическая и солнечная шестерня, водило и сателлиты, то есть детали, обладающие внушительными габаритами и массой. Это увеличивает потери мощности на преодоление их моментов инерции, и следовательно КПД прототипа по сравнению с КПД предлагаемой коробкой передач будет ниже.

Таким образом, жесткое крепление эпициклической шестерни демультипликатора к корпусу основного редуктора многоступенчатой коробки передач, установка на ступице этой шестерни водила и солнечной шестерни с возможностью свободного вращения, снабжение фрикционно-зубчатого механизма переключения передач в демультипликаторе дополнительным синхронизатором одностороннего действия, установка каретки синхронизатора двухстороннего действия на шлицах выходного вала основного редуктора, а каретки синхронизатора одностороннего действия во внутреннем зубчатом венце водила, расположение обеих кареток с возможностью взаимного свободного вращения и их кинематическая связь при поступательном движении, изготовление солнечной шестерни и выходного вала демультипликатора с дополнительными венцами придает многоступенчатой коробке передач новые конструктивные особенности, неизвестные из других технических решений. Эти обязанности состоят в том, что изменилась форма и взаимное расположение: выходных валов основного редуктора и демультипликатора; водила, эпициклической и солнечной шестерен планетарного механизма, деталей фрикционно-зубчатого механизма, в которой дополнительно включен синхронизатор одностороннего действия. Это позволило полностью исключить вращение деталей планетарного механизма при работе коробки передач на основном режиме, то есть снизить ее инерционную мощность, тем самым повысить КПД и достичь цели изобретения.

Формула изобретения

Многоступенчатая коробка передач транспортного средства, содержащая основной редуктор и демультипликатор на выходе, выходной вал которого размещен соосно выходному валу названного редуктора и выполнен с внешним зубчатым венцом, при этом демультипликатор оснащен фрикционно-зубчатым механизмом включения прямой и понижающей передач, выполненным в виде синхронизатора двустороннего действия, отличающаяся тем, что эпициклическая шестерня демультипликатора жестко прикреплена к корпусу основного редуктора и на ее ступице с возможностью свободного вращения установлены солнечная шестерня и водило однорядного планетарного механизма, фрикционно-зубчатый механизм переключения передач в демультипликаторе дополнительно снабжен синхронизатором одностороннего действия, его каретка посредством внешнего зубчатого венца соединена с внутренним зубчатым венцом водила, а каретка синхронизатора двустороннего действия установлена на шлицах выходного вала основного редуктора, при этом обе каретки расположены с возможностью свободного вращения и кинематически связаны при поступательном движении, причем солнечная шестерня и выходной вал демультипликатора снабжены дополнительными зубчатыми венцами.

РИСУНКИ

Рисунок 1